浅谈冻结法施工方法

1、浅谈地铁工程旁通道冻结法施工摘要：结合武汉地铁2号线金色雅园车站-汉口火车站区间旁通道施工，介绍了冻结 发法施工的原理，使用的范围，以及其工艺原理流程和技术措施。关键词：冻结法工艺流程 冻结施工技术措施引言：随着冻结法工艺被广泛应用于城市地铁工程施工中。工程施工中，采用了冻结 法加固的施工方法，通过对施工工艺的归纳总结，以及参考有关施工技术资料，浅 谈本施工法。1、人工冻结法施工的基本原理利用土体冻结后其强度、稳定性以及隔水能力大大优于天然土的性质。在岩 土工程开挖之前，在开挖的工程周围，钻造钻孔（冻结孔），利用人工制冷技术, 通过冻结孔对地层进行制冷，形成一个封闭的冻土结构，隔绝地下水的联系

2、，同时 抗抵周围岩土的压力，确保工程开挖的安全。2、特点冻结法适用于各类地层尤其适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施 工，经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点：2.1可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大 于10%的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术；2.2冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强 度可达5-10mpa,能有效提高工效；2.3冻结法是一种环保型工法，对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻 结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构；2.4冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作

3、业，能有效缩短施工工期。3、工艺原理冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土， 增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行地下工程掘砌作 业。它是土层的物理加固方法，是一种临时加固技术，当工程需要时冻土可具有岩 石般的强度，如不需要加固强度时，又可采取强制解冻技术使其融化。4、工艺流程冻结法冻结工艺造孔冻：结孔：测温孔，水文孔，冻结：冻结温度控制，盐水流量控 制，冻结壁发展监测,冻结温度场分析；冻井筒开挖：井帮温度控制，井筒掘进速 度，掘进段高选取，外层井壁要求；冻结信息化：技术冻结站信息化，冻结温度场 信息化，井筒施工安全信息化。4.1冻结孔施工4.

4、1.1开孔间距误差控制在±20mm内。在打钻设备就位前，用仪器精确确定开孔孔 位，以提高定位精度。4. 1.2准确丈量钻杆尺寸，控制钻进深度。4.1.3按要求钻进、用灯光测斜，偏斜过大则进行纠偏。钻进3m时，测斜一次，如 果偏斜不符合设计要求，立即采取调整钻孔角度及钻进参数等措施进行纠偏，如果 钻孔仍然超出设计规定，则进行补孔。4.2冻结管试漏与安装4.2.1选择无缝钢管，在断管中下套管，恢复盐水循环。4. 2.2冻结管（含测温管）采用丝扣联接加焊接。管子端部采用底盖板和底锥密封。 冻结管安装完，进行水压试漏，经30分钟观察，再延长15分钟压力不降为合格，否 就近重新钻孔下管。4.

5、2.3冷冻站安装完成后要按矿山井巷工程施工及验收规范要求进行试漏和抽 真空，确保安装质量符合设计要求。4.3冻结系统安装与调试4.4积极冻结阶段在冻结试运转过程中，定时检测盐水温度、盐水流量和冻土帷幕 扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。4.5维护冻结阶段在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断冻土帷幕是否交圈 和达到设计厚度，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度后再进行探孔试挖，确认 冻土帷幕内土层无流动水后（饱和水除外）再进行正式开挖。4. 6工程监测4.6.1工程监测的目的是根据量测结果，掌握地层及隧道的变形量及变形规律，以 指导施工。4.6.2工程监测的

6、内容为：地表沉降监测，隧道变形监视，通道收敛变形监测，冻 土压力监测。4.6.3冻结孔施工监测内容为：冻结管钻进深度；冻结管偏斜率；冻结耐压度；供 液管铺设长度。4、6. 4冻结系统监测4.6.5冻结帷幕监测内容为：冻结壁温度场；冻结壁与隧道胶结；开挖后冻结壁暴 露时间内冻结壁表面位移；开挖后冻结壁表面温度。5、机具设备螺杆冷冻机组盐水泵冷却水泵钻机电焊机抽氟机经纬仪测温仪精密水准仪 打压机冻结器打压试漏收敛仪冻土帷幕收敛钢卷尺6、安全保护6.1采用通讯系统和视频系统有效的监控施工现场，对施工中发现的问题及时汇报 处理，杜绝一切不安全的施工现象和违章的操作，把事故制止在萌芽状态。旁通道 设安全

7、防水门，一备发现险情关闭防水门，保护隧道之用。6.2采取必要的措施，防止打冻结孔时水土流失；在钻孔施工期间加强沉降的监测, 发现跑泥漏沙水土流失严重引起的沉降，影响到建筑物和地下管线，应立即停止施 工，立即注浆，防止沉降影响周围建筑物和地下管线，到没有沉降为止，待地层较 稳定后再施工钻孔。6.3加大盐水在冻结管内的流量，采用串并联循环方式，加快冻结管的热交换。7、关键施工技术措施7. 1冻结水平孔施工技术措施 钻孔前进行管片壁后预注浆，施工之前，在钻孔一侧钢管片上安装24个 注浆孔，在钻孔开孔区域预注浆，注入双液浆，水灰比1,将40波美度的水玻璃 加23倍水稀释，水泥浆和水玻璃浆1： 1,注入

8、量约可在开孔区域分布20mm即可。 采用二次开孔方法开孔并安装孔口密封装置，防止冻结孔穿透隧道管片时和夯管时孔口涌水喷砂。施工流程为（参见图1）：开孔钻机4>95nn钻头/ /厂a7 /开孔钻机dgloo闸阀dg25截止阀二次开孔图1钻孔开孔示意图用较大口径的金刚石取芯钻在管片上钻进250価左右埋设孔口管固定孔口管在孔口管上连接闸阀和类似轴封的密封装置!用较小口径的金刚石取芯钻透隧道管片移走开孔钻机，关闭阀门 用夯管法或跟管钻进法下冻结管，夯管和钻进时安装类似轴封的孔口止水装 置，参见图2。对于需要穿透对侧隧道管片的对穿冻结孔，用跟管钻进法钻透对侧隧 道管片。跟管钻进时，钻头部位安装逆止

9、阀，防止泥、水通过冻结管回流。夯管施 工工序为：用较大口径的金刚石取芯钻在管片上钻进250価左右-埋设孔口管-在孔口管上连接闸阀和类似轴封的密封装置一用较小口径的金刚石取芯钻透隧道管片-移走开孔钻机，关闭阀门-在孔口密封装置中插入头部封闭的冻结管，压紧孔口密封装置-打开阀门，夯进冻结管 下完冻结管后，对冻结管与孔口管、套管的隙和孔口附近地层进行注浆充填。升降架隧道管片图2夯管施工示意图 下卸压管时，在泄压管加设丝堵，以免下泄压管时出水影响施工，施工完成 后再将丝堵拧出。 确保钻孔定位准确，钻孔时预设向外（隧道外结构面法向）偏角，以免冻结 孔太靠近开挖面而影响冻结壁有效厚度。 确保夯管锤或钻机固

10、定牢固，开孔段夯进方位准确，保证冻结管连接的同心 度和不弯曲，并及时进行测斜，从而提高冻结孔的偏斜精度。采用灯光经纬仪测斜。 必要时采用补孔以保证冻结孔的终孔间距，以便按时形成冻结壁。 如发现冻结孔施工过程中有地层沉降，及时进行补偿注浆。7. 2地层冻胀和融沉防治措施 在冻结壁及附近未冻土中设卸压孔，通过释放泥水卸压消散冻胀力。最大冻 胀力控制在0.4mpa以下。 采取快速冻结，以减小冻胀量，同时也有利于冻融时的土体收缩。 冻结壁解冻时有少量收缩，从而使地层产生融沉。为了消除地层融沉引起的 地面沉降，在隧道和联络通道衬砌上预留注浆管，采取跟踪注浆的方法加以补偿。 实时监测施工过程中地表、管线、

11、建筑物和隧道结构的变形，分析、预计施 工对地面建筑物可能产生的最终影响，为调整、确定冻结施工参数提供可靠依据。 如地面有条件，融沉注浆时视地面沉降情况可采取地面注浆的方式，以提高 控制地层沉降的效果。7. 3保证冻结壁质量的技术措施 在冻结壁设计时，选择比较安全的平面弹性计算模型，并取较大的安全储备, 确保冻结壁强度和稳定性。 合理布置冻结孔，严格控制冻结孔开挖区外围的冻结孔间距。在联络通道顶 部设三排冻结孔，以加大冻结壁拱部厚度，并使联络通道顶部的一排冻结孔穿越对 面隧道顶部管片，确保冻结壁拱部与隧道管片间有足够大的接触面积。集水井位置 用“v”字形布孔方式（参见图3）,即在两条隧道内布置冻

12、结孔，以消除过去集水 井开挖时割除冻结管带来的风险。 在与冻结壁交接的隧道管片内侧敷设冷冻排管和保温层，以确保冻结壁不存 在影响安全的薄弱环节。除按常规对冻结管路做好保温工作，对靠近冻结壁附近的 隧道管片表面必须加强保温。保温采用现场喷涂聚胺脂发泡材料，其隔热性和密闭 性好，并且阻燃。同时，尽可能减少隧道内空气对流，尤其是不能直吹冻结壁和与 之接触的隧道管片。 加强冻结过程检测和控制。通过检测和控制各个冻结孔的盐水流量和盐水温 度，使冻结壁快速均匀发展。在施工过程中，密切监测冻结壁温度、支护层温度和 变形、冻结壁内孔隙水压和地面及隧道变形等，并根据监测结果判断冻结壁质量是 否满足设计要求。必要

13、时可以通过调整冻结时间、冻结盐水温度和盐水流量加以控 制。戛t申心a图3集水井冻结孔布置方式 为了保证施工安全性，为预防冷冻机组停机，将采取以下措施：选用可靠的 冻结施工机械；安装足够的备用设备；加强偶然停冻时的冻结壁监测，采用双回路 供电。7.4开挖和构筑技术措施 开挖前对联络通道两侧隧道管片采用预应力支撑加固。支撑方式为：在洞 口两侧的管片接缝处各设一棍支架，每棍支架设8个支撑点，支撑在隧道四周，并根 据隧道变形用千斤顶给各支撑点施加预应力，参见图4。同时对钢管片接缝进行焊接。图4 隧道预应力支撑结构示意图 设计强度与刚度较大的16#工字钢+喷射混凝土临时支护结构，根据冻结壁 稳定性监测情况，可以调整支护步距并增加内支撑，采取随掘随支的作业方式，以 控制冻结壁变形。 采取分步开挖，先挖水平通道，施工完水平通道和喇叭口结构层后再挖集 水井。 在开挖工程中对冻结壁表面温度和收敛进行量测，根据测量结果调整开挖 步距及支护强度，以避免因冻结壁变形过大而引起冻结管断裂的问题。要求冻结壁 暴露面长度不大于1m,暴露时间不大于12h,暴露面位移不大于20mmo 开挖后及时对冻结壁进行保温。方